JP6186311B2 - 偏光変換素子、光源ユニット及び光学機器 - Google Patents
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Description
1−1.偏光変換素子
1−2.無機1/2波長板の側面保護
1−3.第1の接着剤層及び第2の接着剤層
1−4.積層構造からなる斜方蒸着層
1−5.具体例1
1−6.具体例2
1−7.具体例3
1−8.具体例4
2.偏光変換素子の製造方法
3.光源ユニット
4.光学機器
図1及び図2は、それぞれ本発明の一実施形態に係る偏光変換素子を示す平面図及び断面図である。この偏光変換素子は、偏光分離層11aを有する偏光ビームスプリッタ11と、反射層12aを有する反射プリズム12とを交互に貼り合わせた偏光ビームスプリッタアレイ13を備える。偏光ビームスプリッタ11の出射面には、無機1/2波長板14が選択的に設けられる。
保護膜の成膜方法は、このような無機化合物を高密度に形成することで低湿度透過性の保護膜を成膜することが可能な方法を採用する。このような保護膜の成膜方法としては、例えば化学蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)法を挙げることができる。CVD法により保護膜を成膜する場合、大気圧〜中真空(100〜10−1Pa)とした容器内に複屈折層が形成された基板を設置し、保護膜の材料であるガス状の無機化合物をこの容器内に送り込み、熱、プラズマ、光等のエネルギーを与えてガス状の無機化合物と複屈折層とを化学反応させる。このようなCVD法によれば、複屈折層上に無機化合物を高密度に形成して低湿度透過性の保護膜とすることができる。保護膜の成膜方法は、このようなCVD法に替えて、例えばプラズマアシスト蒸着法、スパッタ法等、無機化合物を高密度に形成することが可能な何れの方法を採用するようにしてもよい。
ここで、無機位相差板の耐湿性について検証する。図4は、無機位相差板の高温高湿試験前後の透過率の変化を示すグラフである。斜方蒸着層を有する無機位相差板を所望のサイズに切断した後、斜方蒸着層を露出したサンプルを用い、高温高湿試験の前後の透過率変化量を算出した。透過率変化量は、高温高湿試験後、サンプルを常温でそれぞれ7、23、173時間放置した後、透過率を測定して算出した。高温高湿試験の条件は、60℃、90%、48時間とした。
次に、第1の接着剤層15及び第2の接着剤層16の耐熱性及び耐光性について検証する。従来の偏光変換素子は、偏光ビームスプリッタとプリズムとを交互に貼り合わせる光学接着剤として、UV(ultraviolet)硬化系の接着剤が多く用いられている。また、偏光ビームスプリッタの出射面と1/2波長板との貼り付けにも、同様にUV硬化系の接着剤が、多用されている。
次に、無機1/2波長板における斜方蒸着層について説明する。本実施の形態における斜方蒸着層は、積層構造からなることが好ましい。複数層の斜方蒸着層は、原理的に膜厚を調整することによって任意の位相差を設定することが可能である。また、各層間の反射率は、各層の膜厚に比例するため、各層の膜厚は、使用波長以下であることが好ましい。
図11は、偏光変換素子の具体例1の構成を示す断面図である。具体例1として示す偏光変換素子は、偏光ビームスプリッタ11の透光部材と、反射プリズム12の透光部材と、無機1/2波長板14の基板とが、屈折率nが1.46のガラス基板から構成される。
図13は、具体例2の無機1/2波長板の構成を示す断面図である。偏光変換素子のビームスプリッタアレイ13は、具体例1と同様である。図13に示すように、無機1/2波長板14は、ガラス基板31と、第1の屈折率調整層32と、斜方蒸着層33と、SiO2膜34と、第2の屈折率調整層35とがこの順に積層されてなる。
図14は、具体例3の無機1/2波長板の構成を示す断面図である。偏光変換素子のビームスプリッタアレイ13は、具体例1と同様である。図14に示すように、無機1/2波長板14は、ガラス基板41と、第1の屈折率調整層42と、斜方蒸着層43と、第1のSiO2膜44と、第2の屈折率調整層45と、第2のSiO2膜46とがこの順に積層されてなる。
図15は、具体例4の無機1/2波長板の構成を示す断面図である。偏光変換素子のビームスプリッタアレイ13は、具体例1と同様である。この無機位相差板は、図13に示す具体例2の無機1/2波長板の構成に、さらに第2のSiO2膜36を設けたものである。すなわち、無機1/2波長板14は、図15に示すように、ガラス基板31と、第1の屈折率調整層32と、斜方蒸着層33と、第1のSiO2膜34と、第2の屈折率調整層35と、第2のSiO2膜36とがこの順に積層されてなる。
次に、本実施の形態に係る偏光変換素子の製作方法について説明する。本実施の形態に係る偏光変換素子の製造方法は、偏光分離層が成膜された偏光板と反射層が形成された反射板とをシリコーン系接着剤を介して交互に貼り合わせる工程と、貼り合わせた基板面の法線に対して所定角度で切断し、偏光ビームスプリッタアレイを得る工程と、誘電体からなる斜方蒸着層を有し、斜方蒸着層の側面が保護膜で被覆されてなる無機1/2波長板を作成する工程と偏光ビームスプリッタアレイに無機1/2波長板を選択的に貼り付ける工程と、最表面に反射防止膜を成膜する工程とを有する。
次に、本発明の一実施形態に係る偏光変換素子を用いた光源ユニット80について説明する。図19Aは、本発明の一実施形態に係る光源ユニット80を示す正面断面図であり、図19Bは、本発明の一実施形態に係る光源ユニット80を示す側面断面図である。光源ユニット80は、少なくとも、光源81と、光源81からの光を集光するレンズ82と、集光された光を一方向の直線偏光に変換する上述した本発明の一実施形態に係る偏光変換素子83と、変換された光の均一性を向上させる拡散板84とを有する。
次に、光学機器への適用例について、液晶プロジェクターを参照して説明する。図20は、液晶プロジェクターの光学系を示す図である。このプロジェクターは、光源51と、光束を略平行にするフライアイレンズ52、入射ランダム偏光を一定の偏光方向に揃える偏光変換素子53と、赤色光、緑色光、青色光に分離に分離する色分解ミラー(ダイクロイックミラー)54,55,56と、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)と呼ばれるシリコン基板上に液晶を形成した赤色,緑色,青色表示用の反射型液晶表示パネル57,58,59と、3色の色光を合成してカラー画像を形成する色合成プリズム60と、ミラー61,62と、PBS(偏光ビームスプリッタ)63,64,65とを備える。
なお、光学機器には上述の光源ユニット80を適用することもできる。
Claims (7)
- P波又はS波の一方を透過し他方を反射する偏光分離層を有する第1の透光部材と、前記偏光分離層によって反射されるP波又はS波の他方を反射する反射層を有する第2の透光部材とが、交互に貼り合わされてなり、入射面から入射したP波又はS波の他方が前記反射層により出射面へ反射される偏光ビームスプリッタアレイと、
前記偏光ビームスプリッタアレイの前記出射面上に選択的に設けられ、誘電体からなる斜方蒸着層を有する、無機1/2波長板と、
前記無機1/2波長板の前記斜方蒸着層の側面を被覆する保護膜とを備え、
前記保護膜は、SiO2、Ta2O5、TiO2、Al2O3、Nb2O5、LaO、及びMgF2からなる群から選択され、
前記無機1/2波長板が、ガラス基板と第1の屈折率調整層と前記斜方蒸着層と第1の保護膜と第2の屈折率調整層と第2の保護膜とがこの順に積層されてなり、
前記第1の保護膜は、前記第1の屈折率調整層と前記斜方蒸着層の側面を被覆しており、
前記第2の保護膜は、前記第1の保護膜と前記第2の屈折率調整層の側面を被覆している
偏光変換素子。 - 前記第1の保護膜の膜厚が、60nm以上である請求項1に記載の偏光変換素子。
- 前記無機1/2波長板が、前記偏光ビームスプリッタアレイのうちの前記第2の透光部材の出射面上に選択的に設けられている請求項1又は2に記載の偏光変換素子。
- 最表面に反射防止膜が形成されてなる請求項1乃至3のいずれか1項に記載の偏光変換素子。
- 前記偏光ビームスプリッタアレイが、前記無機1/2波長板の中心を通る垂直面を基準として面対称となるように前記第1の透光部材と前記第2の透光部材が貼り合わされている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の偏光変換素子。
- 少なくとも、
光源と、
前記光源からの光を集光するレンズと、
前記集光された光を一方向の直線偏光に変換する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の偏光変換素子と、
前記変換された光の均一性を向上させる拡散板と
を有する光源ユニット。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の偏光変換素子を備える光学機器。
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